大修航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的檢修技術(shù).doc

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行業(yè)資料：________ 大修航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的檢修技術(shù) 單位：______________________ 部門(mén)：______________________ 日期：______年_____月_____日 第 1 頁(yè) 共 12 頁(yè) 大修航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的檢修技術(shù) 介紹了渦輪葉片的清洗、無(wú)損檢測(cè)、葉型完整性檢測(cè)等預(yù)處理，以及包括表面損傷修理、葉頂修復(fù)、熱靜壓、噴丸強(qiáng)化及涂層修復(fù)等在內(nèi)的先進(jìn)修理技術(shù)。 渦輪葉片的工作條件非常惡劣，因此，在性能先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，渦輪葉片都采用了性能優(yōu)異但價(jià)格十分昂貴的鎳基和鈷基高溫合金材料以及復(fù)雜的制造工藝，例如，定向凝固葉片和單晶葉片。在維修車間采用先進(jìn)的修理技術(shù)對(duì)存在缺陷和損傷的葉片進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)其使用壽命，減少更換葉片，可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)收益。為了有效提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性和經(jīng)濟(jì)性，渦輪葉片先進(jìn)的修理技術(shù)日益受到發(fā)動(dòng)機(jī)用戶和修理單位的重視，并獲得了廣泛的應(yīng)用。 1.修理前的處理與檢測(cè) 渦輪葉片在實(shí)施修理工藝之前進(jìn)行必要的預(yù)處理和檢測(cè)，以清除其表面的附著雜質(zhì)；對(duì)葉片損傷形式和損傷程度做出評(píng)估，從而確定葉片的可修理度和采用的修理技術(shù)手段。 1.1清洗 由于渦輪葉片表面黏附有燃料燃燒后的沉積物以及涂層和(或)基體經(jīng)過(guò)高溫氧化腐蝕后所產(chǎn)生的熱蝕層，一般統(tǒng)稱為積炭。積炭致使渦輪效率下降，熱蝕層會(huì)降低葉片的機(jī)械強(qiáng)度和葉片表面處理的工藝效果，同時(shí)積炭也掩蓋了葉片表面的損傷，不便于檢測(cè)。因此，葉片在進(jìn)行檢測(cè)和修理前，要清除積炭。 1.2無(wú)損檢測(cè) 在修理前，使用先進(jìn)的檢測(cè)儀器對(duì)葉片的葉型完整性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，以評(píng)估磨損、燒熔、腐蝕、掉塊、裂紋、積炭和散熱孔堵塞等損傷缺陷情況，從而指導(dǎo)葉片的具體修理工藝。 目前，CT已經(jīng)成為適用于測(cè)量渦輪葉片壁厚和內(nèi)部裂紋的主要方法。一臺(tái)CT機(jī)由x輻射源和專用計(jì)算機(jī)組成。檢測(cè)時(shí)，輻射源以扇形釋放光子，通過(guò)被檢葉片后被探測(cè)器采集。其光子量和密度被綜合后，產(chǎn)生一幅二維層析x光照片，即物體的截面圖，從中分析葉片內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，得出裂紋的準(zhǔn)確位置及尺度。連續(xù)拍攝物體的二維掃描，可生成數(shù)字化三維掃描圖，用于檢測(cè)整個(gè)葉片的缺陷，還可檢測(cè)空心葉片冷卻通道的情況。CT可探測(cè)到10-2mm級(jí)的裂紋。 1.3葉型的精確檢測(cè) 目前，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的基礎(chǔ)上，編制微機(jī)控制自動(dòng)檢測(cè)所用的應(yīng)用軟件，發(fā)展研制了檢測(cè)渦輪葉片的葉身幾何形狀的坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)(CMMS)，可自動(dòng)檢測(cè)葉身的幾何形狀，并與標(biāo)準(zhǔn)葉型比較；自動(dòng)給出偏差檢測(cè)結(jié)果，來(lái)判斷葉片的可用度和所需采用的修理手段。 不同CMMS制造商所采用的測(cè)量方法有所不同，但都有以下共同點(diǎn)：自動(dòng)化程度高；檢測(cè)速度快，通常一個(gè)葉片在1分鐘內(nèi)檢測(cè)完畢；檢測(cè)結(jié)果精度高；軟件擴(kuò)充性好，只要修改標(biāo)準(zhǔn)葉型數(shù)據(jù)庫(kù)就可以適用不同型號(hào)的葉片的檢測(cè)。 2.葉片修理技術(shù) 采用先進(jìn)的葉片修理技術(shù)，修復(fù)葉片表面以及內(nèi)部的缺陷，恢復(fù)甚至增強(qiáng)其原有的性能等，這都將大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命周期費(fèi)用，有效提高其經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)外在渦輪葉片修理中所應(yīng)用的工藝和技術(shù)主要有以下幾種。 2.1表面損傷的修理 如果經(jīng)檢驗(yàn)，葉片表面的微小裂紋或者由燒蝕、腐蝕所導(dǎo)致的缺陷尺度在允許修理范圍內(nèi)，則對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。目前先進(jìn)的修補(bǔ)方法有以下幾種。 一是活化擴(kuò)散愈合法。其原理及工藝特點(diǎn)是借助低熔點(diǎn)焊接合金把高溫合金粉末注入裂紋中，通過(guò)液相燒結(jié)使焊接合金同時(shí)向高溫合金粉末和基體金屬中擴(kuò)散，從而使裂紋得到愈合。 另外一種方法是激光熔覆，是利用一定功率密度的激光束照射(掃描)覆于裂紋、缺陷處的合金粉末，使之完全融化，而基材金屬表層微熔，冷凝后在基材表面形成一個(gè)低稀釋度的包覆層，從而彌合裂紋及缺陷。 2.2葉頂?shù)男迯?fù) 對(duì)于葉片受損(主要是磨損、腐蝕和硫化)的頂部，可用等離子電弧焊及鎢極惰性氣體保護(hù)焊來(lái)修復(fù)，即先堆焊上合適的材料，再磨削到所要求的葉片高度。鈷基合金抗熱腐蝕性能好，是一種合適的堆焊材料。經(jīng)驗(yàn)表明，Ｒｅｎ１４２合金結(jié)合此工藝修復(fù)的葉片具有良好的結(jié)構(gòu)完整性。除焊修外，低壓等離子噴涂ＭｃｒＡｌＹ涂層，已成功地用于修復(fù)葉片的頂部了，涂層厚度為２．０３ｍｍ。 2.3熱靜壓 熱靜壓是將葉片保持在１０００～１２００℃溫度和１００～２００ＭＰａ壓力的熱等壓條件下，可用于以下目的修復(fù)： ①消除焊后存在于金屬中的內(nèi)應(yīng)力； ②冶金成分退化修復(fù)，渦輪葉片在工作過(guò)程中會(huì)沿晶界出現(xiàn)脆生相，將降低葉片的塑性和強(qiáng)度，熱靜壓固溶處理可有效恢復(fù)葉片結(jié)構(gòu)的退化情況； ③低循環(huán)疲勞的修復(fù)； ④蠕變損壞的修復(fù)。 熱靜壓可恢復(fù)葉片原有的強(qiáng)度極限和延伸率，延長(zhǎng)蠕變斷裂壽命。 2.4噴丸強(qiáng)化 噴丸是以高速?gòu)椡枇髯矒羰車姽ぜ砻?，在受噴材料的再結(jié)晶溫度下進(jìn)行的一種冷加工方法。葉片噴丸強(qiáng)化可提高抗疲勞和抗應(yīng)力腐蝕性能。它是利用高速?gòu)椡柙谧矒羧~片時(shí)，葉片表面迅速伸長(zhǎng)，從而引起表層材料在一定深度范圍內(nèi)的塑性流動(dòng)塑性變形。變形層的深度取決于彈丸撞擊程度和工件材料的力學(xué)性能，通常變形層深度可達(dá)０．１２ｍｍ～０．７５ｍｍ。改變噴丸參數(shù)，也可以得到合適的變層深度。當(dāng)噴丸引起葉片表層材料塑性變形時(shí)，與表層相鄰的次表層材料也將由于表層變形而變形。但與表層相比較，次表層的變形程度較小，未達(dá)到該材料屈服點(diǎn)而保持彈性變形狀態(tài)，因此，表層與次表層的這種不均勻塑性變形，能引起材料受噴后的殘余應(yīng)力場(chǎng)（即應(yīng)力分布）的改變。試驗(yàn)表明，噴丸后表層呈現(xiàn)殘余壓縮應(yīng)力，而在一定深度的次表層則為拉伸應(yīng)力。表層的殘余壓縮應(yīng)力可比次表層的拉伸應(yīng)力高達(dá)數(shù)倍。這種殘余應(yīng)力分步模式很有利于疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能的提高。 2.5涂層修復(fù) 許多性能先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片已應(yīng)用涂層技術(shù)提高其抗氧化、抗腐蝕、耐磨、耐高溫性能以及渦輪的氣動(dòng)效率，但葉片在使用過(guò)程中涂層會(huì)不同程度地缺損，因此，在葉片修理時(shí)都要對(duì)防護(hù)涂層進(jìn)行修復(fù)，一般都要將原涂層剝落，重新涂覆新的涂層。另外，原沒(méi)有涂層的渦輪葉片，也可以在葉片基體表面涂覆防護(hù)涂層，以提高葉片的工作可靠性和使用壽命。目前，渦輪葉片所應(yīng)用的涂層種類主要有抗氧化耐腐蝕涂層、ＭＣｒＡｌＹ金屬基陶瓷熱障涂層、耐磨涂層主要用于葉冠和葉根、封嚴(yán)涂層等，所采用的涂層制備工藝主要有以下幾種。 ①擴(kuò)散滲金屬法：將某種防腐蝕金屬的化學(xué)成分在高溫下從填充物中釋放，轉(zhuǎn)移到部件上并擴(kuò)散到里面，形成部件防腐的致密層。 ②熱噴涂工藝：采用氣體、液體燃料或電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、金屬陶瓷、氧化物、碳化物等噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，通過(guò)高速氣流使其霧化、噴射沉積到工件表面而形成附著牢固的表層的方法。 ③物理沉積工藝及化學(xué)相沉積工藝：通過(guò)金屬或化學(xué)成分的蒸氣相遷移到基體金屬表面。此工藝受到工裝設(shè)備的限制，應(yīng)用較少。 由于渦輪葉片工作環(huán)境惡劣、合金材料價(jià)格貴，其機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)和修理受到航空動(dòng)力界更多的重視。多年的實(shí)踐表明，先進(jìn)的修理技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的維修中的廣泛應(yīng)用，在很大程度上有效提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的航線工作可靠性，降低了全壽命費(fèi)用。當(dāng)然，采用何種檢測(cè)技術(shù)及修理工藝，也要充分考慮維修的經(jīng)濟(jì)性，因此，工藝復(fù)雜的維修技術(shù)一般只用于合金材料昂貴、制造工藝難度大的葉片。 目前，在我國(guó)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的機(jī)上孔探檢查已廣泛使用，但葉片的先進(jìn)的修理技術(shù)應(yīng)用不多，這與我國(guó)自己制造的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料并不十分昂貴有關(guān)。但隨著新型高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)，也將采用先進(jìn)的渦輪葉片材料和制造工藝，這會(huì)使渦輪葉片的造價(jià)大幅增加。因此，對(duì)于國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，渦輪葉片精確檢測(cè)與先進(jìn)修理技術(shù)也有著非常廣闊的應(yīng)用前景。 第 7 頁(yè) 共 12 頁(yè) 大傾角煤層綜采工作面安全回采技術(shù)實(shí)踐 摘要:該文以劉橋一礦煤礦II466綜采面為例,從頂?shù)装宓姆€(wěn)定性控制和支架結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置兩方面入手,對(duì)大傾角綜采工作面關(guān)鍵回采技術(shù)進(jìn)行了研究。 關(guān)鍵詞:大傾角煤層;綜采;支護(hù)系統(tǒng);穩(wěn)定性控制 引言 大傾角煤層是指埋藏傾角大于35的煤層。近年來(lái)快速發(fā)展的高產(chǎn)高效技術(shù),使大部分礦區(qū)淺部開(kāi)采條件好的煤層儲(chǔ)量將在較短的時(shí)限內(nèi)枯竭,促使大傾角煤層的開(kāi)采問(wèn)題進(jìn)入了人們的視野,并引起高度重視,如兗州礦區(qū)、淮南和淮北礦區(qū)等,要保持這些礦區(qū)高產(chǎn)高效和可持續(xù)發(fā)展就必須解決大傾角煤層的開(kāi)采問(wèn)題。 一、劉橋一礦工作面概況及開(kāi)采技術(shù)特點(diǎn) 工作面位于陳集向斜東翼,劉橋向斜穿過(guò)工作面內(nèi),煤層形態(tài)受陳集向斜和劉橋向斜的控制,總體呈單斜形態(tài)。本工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤,全部垮落法管理頂板。采用MGTY400/930-3.3D采煤機(jī)螺旋滾筒截割落煤,滾筒截深0.8m,采煤機(jī)螺旋滾筒配合SGZ800/800刮板運(yùn)輸機(jī)鏟煤板裝煤,采用ZY6000/18.5/38(中部)、ZYG6000/18.5/38(端頭)、ZT23200/18/35(風(fēng)巷)自移液壓支架支護(hù)頂板。工作面支架允許最大采高3.8m,最小采高2.05m,平均3.4m,循環(huán)進(jìn)度0.6m。本面采用雙滾筒采煤機(jī)雙向割煤,往返一次進(jìn)兩刀。在大傾角煤層中實(shí)施綜采,具有如下開(kāi)采技術(shù)特點(diǎn)如下: (1)由于工作面傾角較大,頂板破斷垮落巖塊將沿底板向工作面下部采空區(qū)滑、滾,走向長(zhǎng)壁開(kāi)采時(shí)在工作面傾斜方向形成不均勻充填特征,從而導(dǎo)致工作面不同區(qū)域礦壓顯現(xiàn)不同; (2)在大傾角煤層中實(shí)施綜采,存在支架-圍巖系統(tǒng)的不穩(wěn)定性,特別是會(huì)出現(xiàn)大傾角形成的大變形,傾斜方向的動(dòng)荷載,采場(chǎng)設(shè)備的下滑傾倒等問(wèn)題; (3)隨著煤層傾角的逐漸增大,圍巖對(duì)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求變得更加明顯,所以在整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的布置上,既要考慮其支護(hù)阻力的大小,更要注意其整體穩(wěn)定性控制。 二、大傾角煤層綜采關(guān)鍵技術(shù) 1、支架-圍巖相互作用關(guān)系 通常所說(shuō)的采場(chǎng)支架-圍巖相互作用體系即老頂-直接頂-支架-底板系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中,支架與圍巖是相互作用相互影響的,圍巖的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響支架的工作狀況和承載特性,而支架的工作狀況又反過(guò)來(lái)影響到圍巖穩(wěn)定性的控制效果。因此把支架-圍巖看作是一個(gè)相互作用和共同承載的力學(xué)體系,合理調(diào)節(jié)和處理支架-圍巖相互作用關(guān)系,是大傾角煤層綜采取得成功的關(guān)鍵。 2、支架受力狀況分析 在工作面整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)中,液壓支架是維護(hù)采場(chǎng)安全生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)物,是控制圍巖穩(wěn)定的主要手段。 3、支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性控制措施 就采場(chǎng)支護(hù)系統(tǒng)而言,工作面支護(hù)的直接對(duì)象是直接頂巖層,通過(guò)直接頂間接地對(duì)老頂?shù)幕顒?dòng)起一定的控制作用。在整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)中,支架并不是孤立存在的,而是處在一個(gè)由圍巖組成的支護(hù)體系之中,因此該支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性與工作面頂?shù)装宓倪\(yùn)移、破壞規(guī)律及支架固有的結(jié)構(gòu)與參數(shù)有密切關(guān)系。 3.1頂板穩(wěn)定性控制 直接頂?shù)暮穸?老頂巖層對(duì)工作面頂板壓力的影響主要取決于直接頂?shù)暮穸?也就是說(shuō),老頂離煤層越遠(yuǎn),即直接頂厚度越大,破斷后形成的緩慢下沉式平衡的可能性也越大。II466工作面直接頂厚度為13m,這樣好的頂板條件為整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性控制提供了天然保障。來(lái)壓期間頂板控制措施:隨著工作面的推進(jìn),頂板來(lái)壓時(shí),破斷巖塊的重量與支架的穩(wěn)定性成反比例關(guān)系,即直接頂跨落巖塊的范圍越大,施加于支架上的荷載越大,整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也就越差?，F(xiàn)場(chǎng)可采取的控制措施:頂板來(lái)壓期間,應(yīng)增大支架的初撐力和工作阻力,確保支護(hù)到位;支架基本垂直頂?shù)装逯гO(shè),迎山角不超過(guò)3～5,不得有退山現(xiàn)象,要確保與頂板接觸嚴(yán)密,不允許空頂,不出現(xiàn)線接觸移架必須一次到位,避免反復(fù)支撐頂板。 3.2支架本身 支架自身固有的結(jié)構(gòu)及參數(shù)對(duì)整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有顯著影響,主要有支架的初撐力、工作阻力及支架底座寬度、支撐高度和支架重量等。支架的初撐力、工作阻力:由支架的受力狀況分析可知,為了控制支架下滑,從提高支架整體穩(wěn)定性角度出發(fā),支架必須保證一定的初撐力,并在工作時(shí)充分利用工作阻力。劉橋一礦II466大傾角工作面,所選支架型號(hào)為ZY6000/18.5/38,其初撐力為3524kN,工作阻力為4400kN,支護(hù)強(qiáng)度滿足頂板壓力的要求。為提高支架的初撐力,應(yīng)保持支架處于完好狀態(tài),不漏液、串液、不自動(dòng)卸載,并及時(shí)檢查供液管路,減少泵站壓力損失。支架底座寬度D和支撐高度h:支架底座越寬,支撐高度越低,穩(wěn)定性越好。現(xiàn)場(chǎng)可采取的措施有:加大支架底座面積,確保支架與煤層底板接觸狀況良好,既能使底板對(duì)支架的支撐力分布合適,又能確保支架加大工作阻力時(shí)不破壞煤層底板;嚴(yán)格控制采高,確保采煤高度在2.8～3.3m,并保持頂板割平,防止支架頂梁與頂板點(diǎn)接觸或線接觸。支架重量G:由于支架重量與穩(wěn)定性成反比例關(guān)系,因此,只要支護(hù)強(qiáng)度能滿足要求,應(yīng)盡量減輕支架重量,以提高其穩(wěn)定性。由于本工作面支架選型已經(jīng)完成,支架本身的重量已經(jīng)無(wú)法改變,在回采中主要是采取加快推進(jìn)速度,由每班采2刀增加到每班采3刀,以避免破斷的直接頂荷載長(zhǎng)時(shí)間作用在支架上。 3.3底板穩(wěn)定性控制 大傾角煤層開(kāi)采后不僅引起工作面頂板巖層的移動(dòng)和破壞,也將導(dǎo)致底板巖層沿工作面傾斜方向向下滑移。底板的這種滑移、破壞使大部分支架失去了理想的支撐基礎(chǔ),降低了支護(hù)體系剛度,增強(qiáng)了支架失穩(wěn)破壞的趨勢(shì)。影響底板破壞的因素主要有煤層傾角、支架與底板巖層間的摩擦等。煤層傾角:II466工作面煤層傾角平均為28.8,由于本工作面煤層傾角大,增強(qiáng)了底板失穩(wěn)、滑移、破壞的趨勢(shì)。底板摩擦因數(shù):底板摩擦力越大,支架需要的抗滑力就會(huì)越小。為提高底板摩擦力,現(xiàn)場(chǎng)可采取以下措施:采煤機(jī)割煤后應(yīng)及時(shí)清理工作面浮煤,避免因浮煤引起底板與支架底座之間摩擦力的減小;及時(shí)處理頂板淋水,并定期檢查支架乳化液管路及各部位密封情況,以防因水的原因而降低了底板摩擦系數(shù)。 三、結(jié)論 (1)大傾角煤層綜采技術(shù)的核心是工作面支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨煤層傾角增大,上覆巖層重力的切向分力增大而法向分力減小,因此工作面支護(hù)系統(tǒng)所受的工作載荷變小,而引起支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)的外載加大,所以,工作面巖層控制的重點(diǎn)不僅僅是提高支護(hù)系統(tǒng)的工作阻力,還應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。 (2)采場(chǎng)支架并不是孤立存在的,而是處在一個(gè)由圍巖組成的支護(hù)體系之中,該支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性與工作面頂?shù)装宓倪\(yùn)移、破壞規(guī)律及支架固有結(jié)構(gòu)與參數(shù)有密切關(guān)系。 (3)大傾角煤層開(kāi)采后不僅引起工作面頂板巖層的移動(dòng)和破壞,也將導(dǎo)致底板巖層在一定范圍的移動(dòng)和破壞。 參考文獻(xiàn): [1]錢(qián)鳴高,石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,xx,11. 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